(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số công nghệ đến chất lượng bề mặt khi gia công hợp kim SKD 11 bằng laser

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hoàng Anh Tuấn

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG
NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CÔNG HỢP KIM
SKD 11 BẰNG LASER

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Hà Nội – 2021


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hoàng Anh Tuấn

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ CÔNG
NGHỆ ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT KHI GIA CƠNG HỢP KIM
SKD 11 BẰNG LASER

Ngành :

Kỹ thuật cơ khí

Mã số :

9520103

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. LÊ GIANG NAM
2. TS. NGUYỄN TRƯỜNG GIANG

Hà Nội – 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Cơng trình được
thực hiện tại Bộ môn Máy và Ma sát học - Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Lê Giang Nam và TS. Nguyễn Trường
Giang. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kì cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày
TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. Lê Giang Nam

TS. Nguyễn Trường Giang

i

tháng

năm 2021

NGHIÊN CỨU SINH

Hoàng Anh Tuấn


LỜI CẢM ƠN
Việc hoàn thiện Luận án Tiến sỹ là một cơng trình lớn và có nhiều ý nghĩa,
NCS sẽ khơng thể hồn thành luận án này nếu khơng có sự động viên và trợ giúp của
rất nhiều Thầy Cô giáo, các nhà Khoa học, đồng nghiệp và bạn bè.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Lê Giang Nam và TS. Nguyễn
Trường Giang là những người đã tận tình hướng dẫn, định hướng, đào tạo và cho tôi
những ý kiến vô cùng quý báu trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành luận án.
Tơi xin trân trọng cảm ơn các Thầy, Cô giáo trong Bộ môn Máy và Ma sát học
- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, đóng góp cho tơi những ý kiến
bổ ích cũng như tạo điều kiện thuận lợi về thời gian, nơi nghiên cứu cho tôi trong thời
gian làm và hoàn thành luận án.
Xin cảm ơn các đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí, lãnh đạo trường Đại học
Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và ủng hộ để
tôi hồn thành luận án này.
Xin cảm ơn Phịng thí nghiệm Quang – Cơ điện tử 307 C4-5 Bộ môn Cơ khí
Chính xác & Quang học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hỗ trợ tơi trong q
trình hồn thành luận án này
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ sự kính trọng, biết ơn và lịng u thương tới đại
gia đình, bạn bè đã thực sự động viên, giúp đỡ trong suốt thời gian tôi học tập tại
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Hà Nội, ngày tháng
Nghiên cứu sinh

Hoàng Anh Tuấn

ii

năm


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................. viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ x
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ........................................................................ xii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................... 1
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án. ................................. 2
2.1 Mục đích nghiên cứu .................................................................................... 2
2.2 Đối tượng nghiên cứu ................................................................................... 2
2.3 Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 2
3. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 3
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ........................................................ 3
5. Những đóng góp mới của luận án ...................................................................... 3
6. Bố cục của luận án ............................................................................................. 5
TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BẰNG LASER ........ 6
1.1 Đặc điểm q trình gia cơng thép hợp kim cứng ............................................. 6
1.1.1 Đặc điểm thép hợp kim cứng..................................................................... 6
1.1.2 Đặc điểm của gia công laser ...................................................................... 6
1.1.3 Đặc điểm thép SKD 11 .............................................................................. 9
1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ................................... 10
1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước ........................................... 10
1.2.1.1 Nghiên cứu q trình gia cơng bằng laser trên vật liệu kim loại .......... 10
1.2.1.2 Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ đến chiều rộng rãnh cắt

bằng gia công laser ........................................................................................... 11
1.2.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ đến nhám bề mặt rãnh
cắt bằng gia công laser ...................................................................................... 17
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ............................................................ 21
Kết luận chương 1 ................................................................................................ 23

iii


CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIA CÔNG HỢP KIM CỨNG BẰNG LASER 24
2.1 Cơ sở lý thuyết laser ....................................................................................... 24
2.1.1 Bản chất của laser .................................................................................... 24
2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của nguồn phát laser .............................. 24
2.1.2.1 Hoạt chất ............................................................................................... 25
2.1.2.2 Buồng cộng hưởng ............................................................................... 25
2.1.2.3 Bộ phận kích thích ................................................................................ 25
2.1.3 Sự tương tác giữa laser với vật liệu ......................................................... 26
2.1.4 Khả năng hấp thụ laser của vật liệu ......................................................... 28
2.1.4.1 Ảnh hưởng của bước sóng .................................................................... 28
2.1.4.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ....................................................................... 29
2.1.4.3 Ảnh hưởng của lớp ôxit bề mặt vật liệu ............................................... 29
2.1.4.4 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt ........................................................... 30
2.2 Gia công cắt bằng laser .................................................................................. 30
2.2.1 Nguyên lý cắt bằng laser ......................................................................... 30
2.2.2 Các phương pháp cắt bằng laser .............................................................. 32
2.2.2.1 Cắt bằng laser nhiệt hạch – nhiệt (Laser fusion cutting) ...................... 32
2.2.2.2 Phương pháp cắt bằng laser thăng hoa (Laser sublimation cutting) .... 33
2.2.2.3 Cắt bằng laser ôxy ................................................................................ 35
2.3 Các thơng số cơng nghệ của q trình cắt bằng laser .................................... 36
2.3.1 Công suất laser ......................................................................................... 36

2.3.1.1 Công suất laser cần thiêt khi cắt kim loại sử dụng ôxy làm khí hỗ trợ 37
2.3.1.2 Cơng suất laser cần thiết khi cắt kim loại sử dụng khí trơ làm khí hỗ trợ
.......................................................................................................................... 38
2.3.2 Chất lượng chùm tia laser ........................................................................ 39
2.3.3 Thông số đầu cắt ...................................................................................... 41
2.3.3.1 Độ dài tiêu cự của quang cụ hội tụ ....................................................... 42
2.3.3.2 Vị trí tiêu cự .......................................................................................... 42
2.3.3.3 Đường kính đầu cắt và khoảng cách đầu cắt đến bề mặt phôi ............. 43
2.3.4 Vận tốc cắt ............................................................................................... 45
2.3.5 Áp suất và loại khí hỗ trợ ........................................................................ 46
iv


2.3.6 Đặc tính nhiệt........................................................................................... 47
2.4 Đặc điểm chất lượng khi gia công bằng laser ................................................ 49
2.4.1 Chiều rộng rãnh cắt.................................................................................. 49
2.4.2 Độ nhám bề mặt khi gia công bằng laser ................................................ 53
2.4.3 Vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) ................................................................. 54
Kết luận chương 2 ................................................................................................ 58
PHƯƠNG PHÁP, MƠ HÌNH VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM GIA
CÔNG BẰNG LASER ............................................................................................. 59
3.1 Nội dung và phương pháp quy hoạch thực nghiệm ....................................... 59
3.1.1 Nội dung cơ bản của thiết kế thực nghiệm .............................................. 59
3.1.1.1 Thiết kế thực nghiệm [87] .................................................................... 59
3.1.1.2 Nội dung quy hoạch và xử lý số liệu thực nghiệm [88] ....................... 59
3.1.2 Phương pháp quy hoạch thực nghiệm ..................................................... 61
3.1.2.1 Quy hoạch thực nghiệm trực giao tuyến tính ....................................... 61
3.1.2.2 Quy hoạch thực nghiệm trực giao cấp II .............................................. 62
3.1.2.3 Phương pháp Taguchi ........................................................................... 63
3.1.2.4 Phương pháp thiết kế Box-Behnken ..................................................... 64

3.1.2.5 Một số khái niệm .................................................................................. 64
3.1.3 Tối ưu hóa mục tiêu [87] ......................................................................... 66
3.2 Xây dựng mơ hình thực nghiệm..................................................................... 70
3.2.1 Các nội dung chính .................................................................................. 70
3.2.2 Sơ đồ thực nghiệm tổng quát ................................................................... 71
3.2.3 Điều kiện đầu vào .................................................................................... 71
3.2.4 Các đại lượng đầu ra ................................................................................ 73
3.2.5 Các đại lượng cố định .............................................................................. 73
3.2.6 Các đại lượng không điều khiển được (nhiễu) ........................................ 73
3.3 Điều kiện thực nghiệm ................................................................................... 74
3.3.1 Vật liệu tiến hành thực nghiệm................................................................ 74
3.3.1.1 Vật liệu thí nghiệm ............................................................................... 74
3.3.1.2 Mẫu thí nghiệm ..................................................................................... 75
3.3.2 Máy cắt laser 3015 CNC - Raycus 3300W ............................................. 75
v


3.3.3 Các thiết bị đo dùng cho thực nghiệm ..................................................... 77
3.3.3.1 Thiết bị đo chiều rộng rãnh cắt ............................................................. 77
3.3.3.2 Thiết bị chụp hình thái bề mặt của rãnh cắt.......................................... 77
3.3.3.3 Thiết bị đo độ nhám bề mặt rãnh cắt .................................................... 78
3.3.3.4 Thiết bị đo độ cứng tế vi ....................................................................... 79
3.4 Thiết kế thực nghiệm...................................................................................... 80
Kết luận chương 3 ................................................................................................ 82
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ GIỮA
CÁC THAM SỐ ĐẦU VÀO VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐẦU RA KHI GIA CÔNG VẬT
LIỆU SKD 11 BẰNG LASER ................................................................................. 83
4.1 Đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chiều rộng rãnh cắt, chất
lượng bề mặt ......................................................................................................... 83
4.1.1 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chiều rộng rãnh cắt ........... 83

4.1.1.1 Ảnh hưởng của công suất laser đến chiều rộng rãnh cắt ...................... 83
4.1.1.2 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chiều rộng rãnh cắt ............................ 84
4.1.1.3 Ảnh hưởng của đường kính đầu cắt đến chiều rộng rãnh cắt ............... 85
4.1.2 Ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến nhám bề mặt rãnh cắt........ 86
4.1.2.1 Ảnh hưởng của công suất laser đến nhám bề mặt ................................ 86
4.1.2.2 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến nhám bề mặt....................................... 87
4.1.2.3 Ảnh hưởng của đường kính đầu cắt đến độ nhám bề mặt rãnh cắt ...... 89
4.2 Nghiên cứu xây dựng mơ hình thực nghiệm chiều rộng rãnh cắt khi gia công
bằng laser trên vật liệu SKD 11 ........................................................................... 90
4.2.1 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến chiều rộng
rãnh cắt.............................................................................................................. 90
4.2.2 Xây dựng mơ hình biểu thị mối quan hệ giữa các thơng số cơng suất
laser, vận tốc cắt, đường kính đầu cắt đến chiều rộng rãnh cắt ........................ 91
4.2.2.1 Kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm ............................................... 91
4.2.2.2 Xây dựng mơ hình chiều rộng rãnh cắt bằng quy hoạch thực nghiệm . 91
4.3 Nghiên cứu xây dựng mơ hình thực nghiệm nhám bề mặt rãnh cắt khi gia công
bằng laser trên vật liệu SKD 11 ........................................................................... 96
4.3.1 Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến nhám bề mặt
rãnh cắt.............................................................................................................. 96
vi


4.3.2 Xây dựng mơ hình biểu thị mối quan hệ giữa các thông số công suất
laser, vận tốc cắt, đường kính đầu cắt đến nhám bề mặt rãnh cắt .................... 97
4.3.2.1 Kiểm tra tính đồng nhất của thí nghiệm ............................................... 97
4.3.2.2 Xây dựng mơ hình thực nghiệm nhám bề mặt rãnh cắt bằng QHTN trực
giao: .................................................................................................................. 98
4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ (P,v,d) tới độ cứng vật liệu
sau gia công bằng laser trên vật liệu SKD 11 .................................................... 103
4.5 Tối ưu hóa các thơng số công nghệ khi gia công thép SKD 11 bằng laser. 105

4.5.1 Chỉ tiêu tối ưu và hàm mục tiêu ............................................................ 105
4.5.2 Giải bài toán tối ưu mục tiêu ................................................................. 106
Kết luận chương 4 .............................................................................................. 109
KẾT LUẬN CHUNG LUẬN ÁN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .... 110
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 112
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................ 119
PHẦN PHỤ LỤC LUẬN ÁN ................................................................................ 120

vii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Đơn vị

Laser

Ý nghĩa
Tiếng Anh: Light Amplification by Stimulated Emisson of
Radiation
Tiếng Việt: Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích

QHTN

Quy hoạch thực nghiệm

WEDM

Wire Electrical Discharge Machining – Cắt dây tia lửa điện

SKD 11

Thép theo tiêu chuẩn JIS (Japan Industrial Standard) của
Nhật Bản

Inconel

Hợp kim Inconel

AHSS

Advance high strength steel – Thép cường lực

Nd:YAG

Neodymium - Ytrium Aluminium Garnet

HAZ

Heat affected zone - Vùng ảnh hưởng nhiệt

DOE

Design of Experiment – Thiết kế thực nghiệm

Minitab

Phần mềm thống kê ứng dụng

ANOVA

Analysis of Variance - Phân tích phương sai

SSE

Error Sum of Squares – Tổng bình phương sai số

SST

Total Sum of Squares – Tổng bình phương

SSA

Tổng bình phương tham số điều khiển A

MSD

Mean Squares Deviation - Bình phương độ lệch

R2

Hệ số xác định (coefficient of determination)

S/N

Signal to noise - tỷ số tín hiệu/nhiễu

D

Desirability function – Đại lượng hàm kỳ vọng

w

Weight – trọng số

tb

Sai số trung bình

P

W

v

mm/ph

Cơng suất laser
Vận tốc cắt
viii


d

mm

Đường kính đầu cắt

Pk

MPa

Áp suất khí thổi hỗ trợ (N2)

h

mm

Khoảng cách đầu cắt đến phơi

f

mm

Vị trí điểm hội tụ

b

mm

Chiều rộng rãnh cắt

Ra

µm

Thơng số nhám bề mặt

R

%

Hệ số phản xạ

A

%

Hệ số hấp thụ

Fo

W/s

Cp

J/kg0C

Mật độ công suất hấp thụ được
Công suất nhiệt của chất rắn

Tv

0

C

Nhiệt độ bay hơi

To

0

C

Nhiệt độ ban đầu của vật liệu

t
T

mm

Chiều dày cắt

C

Độ biến thiên nhiệt độ

Lf

J/kg

Nhiệt lượng nóng chảy

Lv

J/kg

Nhiệt lượng hóa hơi



%



kg/m3

0

Hiệu suất
Khối lượng riêng

ix


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Thí nghiệm thăm dị tìm khả năng công nghệ của thiết bị ....................... 72
Bảng 3.2. Thành phần hóa học và đặc tính vật lý của thép SKD 11 [12] ................ 74
Bảng 3.3. Đặc tính kỹ thuật máy cắt laser 3015 CNC – Raycus 3300W ................ 75
Bảng 3.4. Giá trị biến thiên miền thực nghiệm ........................................................ 80
Bảng 3.5 Tham số điều khiển và các mức độ ........................................................... 80
Bảng 3.6 Mảng trực giao L9 khi gia công bằng laser .............................................. 81
Bảng 3.7 Ma trận thí nghiệm L9 .............................................................................. 81
Bảng 3.8 Ma trận kế hoạch thực nghiệm trực giao cấp 2 ......................................... 81
Bảng 4.1. Giá trị chiều rộng rãnh cắt (b) ở công suất laser (P) khác nhau............... 83
Bảng 4.2. Giá trị chiều rộng rãnh cắt (b) ở vận tốc cắt (v) khác nhau ..................... 84
Bảng 4.3. Giá trị chiều rộng rãnh cắt (b) ở đường kính đầu cắt (d) khác nhau ........ 85
Bảng 4.4. Giá trị độ nhám bề mặt (Ra) ở công suất laser (P) khác nhau .................. 87

Bảng 4.5. Giá trị bề nhám bề mặt (Ra) ở vận tốc cắt (v) khác nhau ........................ 88
Bảng 4.6. Giá trị bề nhám bề mặt (Ra) ở đường kính đầu cắt (d) khác nhau ........... 89
Bảng 4.7 Bảng trực giao Taguchi L9 với các thơng số thí nghiệm chiều rộng rãnh cắt
.................................................................................................................................. 90
Bảng 4.8 Tỷ số S/N cho mỗi mức độ và kết quả ANOVA cho chiều rộng rãnh cắt (b)
.................................................................................................................................. 91
Bảng 4.9 Các thí nghiệm kiểm tra tính đồng nhất .................................................... 91
Bảng 4.10 Ma trận quy hoạch thực nghiệm (logarit) ............................................... 92
Bảng 4.11. Ma trận thực nghiệm và kết quả thực chiều rộng rãnh cắt (b) ............... 93
Bảng 4.12. Kết quả phân tích phương sai cho mơ hình đa thức bậc hai theo chiều rộng
rãnh cắt (b) ................................................................................................................ 93
Bảng 4.13. Sai số chiều rộng rãnh cắt xác định từ mơ hình khi so sánh với dữ liệu
thực nghiệm gia công bằng laser .............................................................................. 94
Bảng 4.14 Bảng Bảng trực giao Taguchi L9 với các thơng số thí nghiệm nhám bề mặt
rãnh cắt và hệ số S/N ................................................................................................ 96
Bảng 4.15 Tỷ số S/N cho mỗi mức độ và kết quả ANOVA cho nhám bề mặt rãnh cắt
.................................................................................................................................. 97
Bảng 4.16 Các thí nghiệm kiểm tra tính đồng nhất .................................................. 97
x


Bảng 4.17 Các thí nghiệm kiểm tra tính đồng nhất (logarrit) .................................. 97
Bảng 4.18 Ma trận quy hoạch thực nghiệm ............................................................. 98
Bảng 4.19 Bảng giá trị độ nhám bề mặt rãnh cắt thực nghiệm và mơ hình ............. 99
Bảng 4.20 Sai số mơ hình độ nhám bề mặt khi so sánh với dữ liệu thực nghiệm . 100
Bảng 4.21 Kết quả đo độ cứng tế vi ....................................................................... 103
Bảng 4.22 Tỷ số S/N cho mỗi mức độ và kết quả ANOVA độ cứng bề mặt......... 104

xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Sơ đồ cắt nóng chảy bằng laser [9].............................................................. 8
Hình 1.2. Mối quan hệ giữa hiệu suất nhiệt và công suất với các vận tốc khác nhau
[25]............................................................................................................................ 12
Hình 1.3 Ảnh hưởng cơng suất laser đến chiều rộng rãnh cắt [28] .......................... 13
Hình 1.4 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chiều rộng rãnh cắt [28] .......................... 13
Hình 1.5 Ảnh hưởng của cơng suất đến chiều rộng rãnh cắt trên vật liệu Inconel 718
[29]............................................................................................................................ 14
Hình 1.6 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chiều rộng rãnh cắt trên vật liệu Inconel 718
[29]............................................................................................................................ 14
Hình 1.7 Ảnh hưởng của thông số cắt tới chiều rộng rãnh cắt [41] ......................... 15
Hình 1.8 Ảnh hưởng cơng suất laser và vận tốc cắt tới chiều rộng rãnh cắt với đường
kính đầu cắt khác nhau [52]...................................................................................... 15
Hình 1.9 Ảnh hưởng của công suất laser, vận tốc cắt tới chiều rộng rãnh cắt [46] . 17
Hình 1.10. Ảnh hưởng của cơng suất laser và vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt [28]
.................................................................................................................................. 18
Hình 1.11 Ảnh hưởng của Cơng suất laser (P) và vận tốc cắt (V) đến độ nhám bề mặt
[54]............................................................................................................................ 18
Hình 1.12 Ảnh hưởng của Cơng suất laser (P) và vận tốc cắt đến độ nhám bề mặt
vết cắt tại áp suất khí thổi là 0,1 MPa và khoảng cách đầu cắt là 2mm [55] ........... 19
Hình 1.13 Ảnh hưởng của các thông số cắt tới độ nhám bề mặt [56] ...................... 19
Hình 1.14 Ảnh hưởng của cơng suất cắt đến chiều rộng vết cắt [59] ...................... 21
Hình 1.15 Mối quan hệ giữa áp suất khí thổi và độ rộng vết cắt [59] ...................... 21
Hình 1.16 .................................................................................................................. 21
Hình 1.17 Mối quan hệ giữa độ rộng mạch cắt và đường kính đầu cắt [59] ............ 22
Hình 1.18 Mối quan hệ giữa độ rộng mạch cắt và khoảng cách đầu cắt [59] .......... 22
Hình 2.1. Cấu tạo cơ bản của nguồn phát laser [28] ................................................ 24
Hình 2.2 Va chạm của tia tới bề mặt vật chất [2] .................................................... 26
Hình 2.3. Các vectơ điện trường và từ trường của bức xạ điện từ [2] ................... 26

Hình 2.4. Ảnh hưởng của mật độ cơng suất laser đến sự hấp thụ của vật liệu [2] ... 27
Hình 2.5. Hệ số phản xạ của một số kim loại phụ thuộc vào bước sóng laser[2] .... 29
xii


Hình 2.6. Hệ số phản xạ phụ thuộc vào nhiệt độ phơi (bước sóng laser 1,06 μm)[65]
.................................................................................................................................. 29
Hình 2.7. Chùm tia laser chiếu lên bề mặt vật liệu có lớp ôxit [65] ........................ 30
Hình 2.8. Sự hấp thụ của vật liệu phụ thuộc vào độ nhám bề mặt phôi [66] .......... 30
Hình 2.9. Quá trình cắt bằng laser [67] .................................................................... 31
Hình 2.10. Các thuật ngữ liên quan đến quá trình cắt bằng laser [68] ..................... 32
Hình 2.11 Quá trình cắt bằng laser nhiệt hạch – nhiệt [70]...................................... 32
Hình 2.12 Quá trình cắt bằng laser thăng hoa [70] .................................................. 35
Hình 2.13 Q trình cắt bằng laser ơxy[70] ............................................................. 35
Hình 2.14. Các thơng số ảnh hưởng đến q trình cắt [70]...................................... 36
Hình 2.15. Khoảng hội tụ của chùm tia [74] ............................................................ 40
Hình 2.16 Ảnh hưởng của giá trị M2 đến đường kính chùm tia laser ...................... 40
Hình 2.17 Ảnh hưởng của BBP đến biên dạng chùm tia [75] .................................. 41
Hình 2.18 Đầu cắt Laser RAYTOOLS BT240S được sử dụng trong nghiên cứu này
.................................................................................................................................. 41
Hình 2.19 Khả năng hội tụ của laser [77]................................................................. 42
Hình 2.20 Độ dài tiêu cự .......................................................................................... 42
Hình 2.21 Vị trị tiêu cự so với bề mặt chi tiết ......................................................... 43
Hình 2.22 Tương tác giữa đường kính và khoảng cách đầu cắt đến chiều cao bavia
[79]............................................................................................................................ 44
Hình 2.23 Tương tác giữa đường kính đầu cắt, vận tốc cắt và áp suất khí thổi đến độ
nhám bề mặt [79] ...................................................................................................... 44
Hình 2.24 Hình dạng và các thơng số hình học của đầu cắt [77] ............................. 45
Hình 2.25 Cơng suất so với vận tốc cắt khi cắt trên nguồn laser và vật liệu khác nhau
[78]............................................................................................................................ 46

Hình 2.26 Vận tốc cắt tối đa (sử dụng khí N2, với áp suất khí: Nhơm = 1,4MPa; ... 46
Hình 2.27. Chiều rộng rãnh cắt khi gia cơng bằng laser [43]................................... 50
Hình 2.28. Chiều rộng rãnh cắt trên thép thường 15mm.......................................... 50
Hình 2.29. Minh họa thuộc tính chất lượng cắt bằng laser [82] ............................... 50
Hình 2.30. Khối lượng vật liệu bị loại bỏ trong quá trình cắt [2] ........................... 51
Hình 2.31 Ảnh hưởng của vận tốc cắt đến chiều rộng rãnh cắt [2] .......................... 51
Hình 2.32. Độ sâu của vân trên bề mặt cắt bằng laser [25] ...................................... 53
xiii